Apa yang dapat dimiliki oleh ahli fizik, ahli geologi, dan ahli matematik? Sudah tentu, keinginan untuk menyelesaikan teka-teki alam semesta! Para saintis mendapati bahawa memerhatikan tingkah laku lautan Bumi akan membantu menjelajah bahkan di sudut galaksi yang jauh.
Seperti yang kita semua ketahui, sains penuh dengan kejutan, dan kadang-kadang fenomena dan konsep yang pada pandangan pertama tidak mempunyai persamaan di dalamnya. Nampaknya, apa hubungan antara jenis gelombang laut tertentu yang mengatur kitaran iklim El Niño dan bahan kuantum, yang ciri khasnya adalah kemampuan mereka untuk mengalirkan arus hanya di permukaan? Ahli fizik, bagaimanapun, memberi jaminan bahawa kedua-dua fenomena ini dapat dijelaskan dengan prinsip matematik yang sama.
Bagaimana fizik kuantum mempengaruhi cuaca dunia
Brad Marston, seorang ahli fizik di Brown University dan pengarang utama kajian baru itu, cuba membuktikan teori yang sangat menarik. Pada pendapatnya, penggunaan prinsip topologi dapat menjelaskan fenomena gelombang laut dan atmosfer di khatulistiwa jatuh ke dalam sejenis "perangkap", dan fakta bahawa fizik pekat (bahagian besar fizik yang mengkaji tingkah laku sistem kompleks dan mendakwa evolusi sistem secara keseluruhan tidak dapat "dibahagi" ke dalam evolusi bahagian-bahagiannya yang terpisah) dapat sama berguna untuk Bumi dan untuk menjelaskan fenomena di planet dan bulan lain. Secara sederhana: matlamat utama karya adalah untuk membuktikan bahawa prinsip-prinsip fizik kuantum sama berlaku untuk planet kita dan untuk badan-badan kosmik yang lain.
Tetapi bagaimana membuktikan teori berskala besar? Untuk melakukan ini, Marston bekerjasama dengan Pierre Delac, seorang pakar dalam fizik pekat, dan juga ahli geofizik Antoine Venail. Para saintis telah mengaplikasikan teori pekat kepada dua jenis gelombang graviti, yang dikenali sebagai gelombang Kelvin dan Yanai, yang melalui laut dan udara di sekitar khatulistiwa Bumi. Penyimpangan bergelombang ini, beratus-ratus dan ribuan kilometer panjang, memancarkan impuls tenaga di sebelah timur khatulistiwa, yang sangat mempengaruhi El Niño, sistem turun naik suhu permukaan air Lautan Pasifik, yang bergantung pada keadaan cuaca dan jumlah hujan. Ini berlaku kerana interaksi beberapa proses fizikal. Pertama, daya graviti memasuki penentangan dengan daya apung,yang menyebabkan penyejukan / pemanasan udara dan air kerana titisan bebas antara satu sama lain. Kedua, putaran ke arah timur bumi menimbulkan kesan yang disebut Coriolis, yang menyebabkan cecair bergerak di sepanjang permukaan Bumi dalam arah yang berlawanan bergantung pada hemisfera.
Dari teori ke … teori
Video promosi:
Untuk melihat bagaimana kesannya saling berinteraksi dan membentuk gelombang, Marston dan rakannya mengikuti strategi yang sama seperti Taro Matsuno, seorang saintis di Universiti Tokyo, yang meramalkan "perangkap" khatulistiwa untuk gelombang pada tahun 1966. Di sinilah fizik kuantum masuk: Para saintis mempermudah struktur seluruh lautan dan fokus pada jalur sempit di mana kesan Coriolis tetap hampir berterusan. Tetapi mereka melakukan semua perhitungan mereka bukan untuk gelombang khatulistiwa, tetapi untuk pengukuran yang lebih baik untuk analisis. Ahli fizik juga beralih ke masalah yang lebih sederhana untuk menunjukkan bahawa ia mengandungi jawapan kepada soalan asal, walaupun secara tersirat.
Marston dan rakan-rakannya mengkaji gelombang bukan di ruang biasa, tetapi di ruang abstrak dari semua kemungkinan gelombang dengan panjang gelombang yang berbeza dan kesan Coriolis. Persamaan untuk gelombang yang sangat panjang menunjukkan dua titik matematik khas di mana amplitud gelombang sangat berbeza dengan panjangnya. Titik-titik ini disebut "lubang matematik", dan ada dua daripadanya, kerana Bumi mempunyai dua belahan dengan kekuatan Coriolis yang diarahkan berlawanan. Akibatnya, seperti yang dicatat oleh para penyelidik di halaman portal Sains, hemisfera berperilaku seperti dua kepingan bahan penebat elektrik. Sama seperti menggabungkan dua bahan penebat elektrik yang membolehkan arus mengalir di sepanjang permukaannya, menggabungkan dua hemisfera menghasilkan gelombang di sempadannya - khatulistiwa, yang berkurang dengan peningkatan lintang. Dan, seperti halnya bahan, gelombang stabil atau,seperti yang dikatakan oleh ahli fizik, "dilindungi secara topologi" oleh ciri-ciri ruang abstrak.
Masa depan: fizik kuantum di tangan ahli astronomi
Apa kaitan astronomi dengannya? Menurut Marston, prinsip gelombang ini sama untuk mana-mana planet berputar. Para saintis mendapati bahawa walaupun berbentuk donat, ini tidak akan mengubah keadaan. Secara teori, sistem ini dapat diterapkan pada fenomena kosmik lain, misalnya, cakera debu dan gas di sekitar lubang hitam, serta atmosfera Venus dan Titan, yang juga mencatat gelombang khatulistiwa. Oleh itu, saintis mempunyai alat topologi yang kuat di tangan mereka yang akan membolehkan mereka belajar tentang geofizik planet ini jauh sebelum penyelidikan atau misi ekspedisi dihantar ke sana.
Vasily Makarov
